Защита эритроцитов от окислительного стресса

Из О₂ постоянно возникают в небольших количествах токсичные вещества, так называемые активные формы кислорода [АФК (от англ. reactive oxygen species)]. Эти соединения являются сильными окислителями или крайне реакционноспособными свободными радикалами, которые разрушают клеточные структуры и функциональные молекулы (рис.5).

Молекула кислорода (О₂) содержит два неспаренных электрона и. таким образом, является бирадикалом.Однако неспаренные электроны расположены так, что молекула О₂ остается относительно стабильной (рис.5). Тем не менее, если молекула присоединяет дополнительный электрон (стадия а), образуется высоко реакционноспособный супероксид-радикал (•О₂^-) Следующая стадия восстановления (стадия б) приводит к пероксид-аниону (•О₂^2-), который легко связывает протоны и вследствие этого переходит в пероксид водорода (Н₂О₂). Присоединение третьего электрона (стадия в) ведет к расщеплению молекулы на ионы О^2- и О^-. В то время как О₂^- путем присоединения двух протонов образует воду, протонирование О^- приводит к особо опасному гидроксил-радикалу (•ОН). Присоединение четвертого электрона и заключительное протонирование О^- заканчивается образованием воды.

Особенно подвержены АФК-повреждению эритроциты, для которых из-за их транспортной функции характерна высокая концентрация кислорода. Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина: Hb(Fe²⁺)+O₂ ® MeтHЬ(Fe³⁺)+0₂^-

Активные формы кислорода могут вызвать гемолиз эритроцитов. Эритроциты содержат ферментную систему, предотвращающую токсическое действие радикалов кислорода и разрушение мембран эритроцитов.

Для защиты от АФК и других радикалов все клетки содержат антиоксиданты. Последние являются восстановителями, которые легко реагируют с окисляющими веществами и вследствие этого защищают более важные молекулы от окисления. К биологическим антиоксидантам принадлежат витамины С и Ε, кофермент Q и некоторые каротиноиды. Образующийся при разрушении гема билирубин также служит защитой от окисления.

Особенно важен глутатион, трипептид Glu-Cys-Gly, находящийся почти во всех клетках в высокой концентрации. Восстановителем здесь является тиольная группа цистеинового остатка. Две молекулы восстановленной формы (GSH, на схеме вверху) при окислении образуют дисульфид (GSSG, рис.5).

Эритроциты также обладают системой (супероксиддисмутаза, каталаза, GSH), способной инактивировать АФК и ликвидировать нанесенные ими повреждения.

Для этого необходимы вещества, обеспечивающие поддержание в эритроцитах нормального обмена веществ. Метаболизм в эритроцитах, в сущности, ограничен анаэробным гликолизом и пентозофосфатным путем.

Образующийся при гликолизе АТФ служит прежде всего субстратом Na⁺, К⁺-АТФ-азы,которая поддерживает мембранный потенциал эритроцитов.. В пентозофосфатном пути образуется НАДФН+Н⁺, который поставляет Н⁺ для регенерации восстановленного глутатиона (GSH) из глутатион-дисульфида (GSSG) с помощью глутатион-редуктазы [3]. Восстановленный глутатион — самый важный антиоксидант эритроцитов, он служит коферментом при восстановлении метгемоглобина в функционально активный гемоглобин [4]. Важным защитным ферментом является также селенсодержащая глутатион-пероксидаза [5].(рис.5,6)

С помощью восстановленного глутатиона осуществляется детоксикация Н₂О₂, а также гидропероксидов, которые возникают при реакции АФК с ненасыщенными жирными кислотами мембраны эритроцитов (рис.6).

При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и приеме некоторых лекарств, являющихся сильными окислителями, потенциала глутатионовой защиты может оказаться недостаточно.

Это приводит к увеличению содержания в клетках активных форм кислорода, вызывающих окисление SH-групп молекул гемоглобина. Образование дисульфидных связей между протомерами гемогло­бина и метгемоглобина приводит к их агрегации — образованию телец Хайнца (рис.6). Последние способствуют разрушению эритроцитов при попа­дании их в мелкие капилляры.

Рисунок 5

Рисунок 6